必刷12　近代物理的综合应用-2021届高考物理二轮复习专项必刷（人教版）

必刷12　近代物理的综合应用

必刷点1　近代物理知识的综合

典例1.(2020·陕西汉中模拟)关于近代原子物理,下列说法正确的是 (　　)

A.根据玻尔理论可知,一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射6种频率的光子

B.放射性物质的半衰期受环境温度的影响

C.α粒子散射实验揭示了原子核是可分的

D.能量为30 eV的光子照射到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为15 eV,为使该金属发生光电效应,入射光子的能量至少为15 eV

变式1. (2019·江苏海安检测)如图所示是氢原子的能级图,氢原子从能级n=4向n=2跃迁所放出的光子刚好能使某种金属材料发生光电效应.求:

(1)该金属的逸出功;

(2)氢原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子照射该金属,产生的光电子的最大初动能.

必刷点2　近代物理与动量、能量的综合

典例2. (2020·沈阳检测)静止在匀强电场中的碳14原子核,某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直,且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度).那么碳14的核反应方程可能是              (　　)

ACHeBe         BCeB

CCeN         DCHB

变式2.(2019·浙江联考)(多选)一个铍原子核Be)俘获一个核外电子(通常是最靠近原子核的K壳层的电子)后发生衰变,生成一个锂核Li),并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe,人们把这种衰变称为“K俘获”.静止的铍核发生“K俘获”,其核反应方程为BeeLi+νe.已知铍原子的质量为MBe=7.016 929 u,锂原子的质量为MLi=7.016 004 u,1 u 相当于9.31×102 MeV.下列说法正确的是              (　　)

A.中微子的质量数和电荷数均为零

B.锂核Li)获得的动能约为0.86 MeV

C.中微子与锂核Li)的动量之和等于反应前电子的动量

D.中微子与锂核Li)的能量之和等于反应前电子的能量

练考点　过基础  过素养

题组一　近代物理知识的综合

1.(2020·广东省梅州检测)下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是 (　　)

A.卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型

B.乙图表明:只要有光射到金属板上,就一定有光电子射出

C.丙图表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况,其中①是β射线,②是γ射线

D.丁图表示的核反应属于重核裂变,是人工无法控制的核反应

2.(2020·湖北荆州模拟)(多选)北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟,它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟.如图为氢原子能级图,则              (　　)

A.13 eV的光子可以使基态氢原子发生跃迁

B.13 eV的电子可以使基态氢原子发生跃迁

C.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出紫外线

D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射6种不同频率的光子

3.(2020·重庆市模拟)2018年夏天,中美贸易之争使国人了解了芯片的战略意义,芯片制作工艺非常复杂,光刻机是制作芯片的关键设备,其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源.常见光源分为:可见光:436 nm;紫外光(UV):365 nm;深紫外光(DUV):KrF准分子激光:248 nm,ArF准分子激光:193 nm;极紫外光(EUV):10~15 nm.下列说法正确的是              (　　)

A.波长越短,可曝光的特征尺寸就越小,就表示光刻的刀锋越精确,刻蚀对于精度控制要求越高

B.光源波长越长,能量越大,曝光时间就越短

C.如果紫外光不能让某金属发生光电效应,极紫外光也一定不能

D.由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时会出现波长更短的成分

4.(2020·山东济宁市模拟)氢原子的能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光,若用这些光照射逸出功为4.54 eV的钨时,下列说法中正确的是              (　　)

A.氢原子能辐射4种不同频率的光子

B.氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应

C.氢原子辐射一个光子后,氢原子的核外电子的速率增大

D.钨能吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应

5.(2020·山东省青岛市质检)下列说法正确的是 (　　)

A.放射性原子核U经2次α衰变和3次β衰变后,变为原子核Ra

B.在核反应堆中,为使快中子减速,在铀棒周围要放置镉棒

C.比结合能越小,原子核中核子结合得越牢固

D.玻尔理论认为,氢原子的核外电子轨道是量子化的

6.(2020·湖南岳阳模拟)(多选)一静止的原子核U发生了某种衰变,衰变方程为UTh+X,其中X是未知粒子,下列说法正确的是              (　　)

A.U发生的是α衰变

BU发生的是β衰变

C.衰变后新核Th和粒子X的动能相等

D.衰变后新核Th和粒子X的动量大小相等

7. (2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示.光子能量在1.63~3.10 eV的光为可见光.要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为              (　　)

A.12.09 eV       B.10.20 eV       C.1.89 eV      D.1.51 eV

8.(2019·4月浙江选考)(多选)静止在匀强磁场中的原子核x发生α衰变后变成新原子核y.已知核x的质量数为A,电荷数为Z,核x、核y和α粒子的质量分别为mx、my和mα,α粒子在磁场中运动的半径为R.则              (　　)

A.衰变方程可表示为xyHe

B.核y的结合能为(mx-my-mα)c2

C.核y在磁场中运动的半径为

D.核y的动能为=

9.(2019·北京西城一模)可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系.K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K受到光照时能够发射电子,K与A之间的电压大小可以调整,电源的正负极也可以对调.

(1)①电源按图1所示的方式连接,且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近.试判断:光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?

②现有一电子从K极板逸出,初动能忽略不计,已知电子的电荷量为e,电子经电压U加速后到达A极板,求电子到达A极板时的动能Ek.

(2)在图1装置中,通过改变电源的正负极,以及移动变阻器的滑片,可以获得电流表示数与电压表示数U之间的关系如图2所示,图中Uc叫遏止电压.实验表明,对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的.请写出光电效应方程,并对“一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的”作出解释.

图3

(3)  美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性,设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν,根据他的方法获得的实验数据绘制成如图3所示的图线.已知电子的电荷量e=1.6×10-19 C,求普朗克常量h.(将运算结果保留1位有效数字)

10. (2018·4月浙江选考)(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.组成原子核的核子越多,原子核越稳定

BU衰变为Rn经过4次α衰,2次β衰变

C.在LC振荡电路中,当电流最大时,线圈两端电势差也最大

D.在电子的单缝衍射实验中,狭缝变窄,电子动量的不确定量变大

11.(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立

B.可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施

C.天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转

D.观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同

12.如图所示,高速运动的α粒子被位于O点的重原子核散射,实线表示α粒子运动的轨迹,M、N和Q为轨迹上的三点,N点离核最近,Q点比M点离核更远,则              (　　)

A.α粒子在M点的速率比在Q点的大

B.三点中,α粒子在N点的电势能最大

C.在重核产生的电场中,M点的电势比Q点的低

D.α粒子从M点运动到Q点,电场力对它做的总功为负功

13.下列说法正确的是 (　　)

A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律

B.α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流

C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子

D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关

14.2018年8月23日,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目通过国家验收,投入正式运行,并将对国内外各领域的用户开放.有关中子的研究,下列说法正确的是              (　　)

A.卢瑟福发现中子的核反应方程为BeHeCn

B.中子和其他微观粒子一样,都具有波粒二象性

C.核反应方程PoXHe中的y=206,X中中子个数为128

DU在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中,原子核中核子的平均质量变大

题组二　近代物理与动量、能量的综合

15.(2019·大连模拟)(多选)在足够大的匀强磁场中,静止的钠的同位素Na发生衰变,沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后,变为一个新核,新核与放出粒子在磁场中运动的轨迹均为圆,如图所示,下列说法正确的是              (　　)

A.新核为Mg         B.轨迹2是新核的径迹

CNa发生的是α衰变     D.新核沿顺时针方向旋转

16.(2019·广元模拟)一静止原子核A衰变为2个静止原子核B和6个电子并释放热量E,其中A的核子比结合能为E1,B的比结合能为E2,释放时一个电子的初动能为E3,则下列说法正确的是              (　　)

A.放出的B粒子为B

B.E2-E1=E3+E

C.比结合能E1小于比结合能E2

D.该反应过程质量一定增加

17.(2019·福建厦门质检)(多选)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示,大、小圆半径分别为R1、R2.则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是              (　　)

ABiTlHe     BBiPoe

3. R1∶R2=84∶1        D.R1∶R2=207∶4
4.  

18.(多选)静止的铝原子核Al俘获一速度为2.8×107 m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核Si.下列说法正确的是              (　　)

A.核反应过程中系统动量守恒

B.俘获前质子的动能等于俘获后硅原子核的动能

C.硅原子核的速度为1.0×106 m/s

D.硅原子核处于静止状态

19.实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图所示,则              (　　)

A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外

B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外

C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里

D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里

20.(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核,当它放出一个α粒子后,其速度方向与磁场方向垂直,测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1,如图所示,则              (　　)

A.α粒子与反冲粒子的动量大小相等,方向相反

B.原来放射性元素的原子核电荷数为90

C.反冲核的核电荷数为88

D.α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88

21.某些建筑材料可产生放射性气体——氡,氡可以发生α或β衰变,如果人长期生活在氡浓度过高的环境中,那么,氡经过人的呼吸道沉积在肺部,并放出大量的射线,从而危害人体健康.原来静止的氡核Rn)发生一次α衰变生成新核钋(Po),并放出一个能量为E0=0.09 MeV的光子.已知放出的α粒子动能为Eα=5.55 MeV;忽略放出光子的动量,但考虑其能量:1 u=931.5 MeV/c2.

(1)写出衰变的核反应方程;

(2)衰变过程中总的质量亏损为多少?(结果保留3位有效数字)

22.“中子的发现”关于“原子核的组成”的研究,物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段:

1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子;

1920年,卢瑟福预言“原子核内可能还有质量与质子相近的中性粒子存在”;

1930年,约里奥·居里夫妇用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be),产生了一种贯穿能力极强的射线,研究发现这种射线是一种中性粒子流;

1932年,查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子,打出了一些氢核(质子)和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子.

查德威克认为:氢核、氮核的热运动速度远小于未知粒子的速度而可以忽略不计;被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的,其中速率最大的应该是弹性正碰的结果.实验中测得氢核的最大速率为vH=3.3×107 m/s,氮核的最大速率为vN=4.5×106 m/s;已知mN=14mH.

请你根据查德威克的研究,经过推理计算,证明卢瑟福的“预言”是正确的.

23.如图所示,有磁感应强度为B的圆形磁场,在圆心O点有大量静止放射性的元素U,发生α衰变,放出的新的原子核各个方向都有,速度大小都为v0,已知质子的质量为m,电荷量为e.

(1)写出核反应方程;

(2)若没有带电粒子从磁场中射出,求:

①圆形磁场的最小半径;

②经过多长时间同一个铀核发生衰变生成的两个核再次相遇;

(3)若大量铀核不是放在圆形磁场的圆心,而是距离圆心为d处的P点(图中没有画出),如果没有带电粒子从磁场中射出,则圆形磁场的最小半径又是多少?